JP2013253709A - 冷凍サイクル装置及びそれを備えた温水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機のオイル量不足を防止し、省エネルギーでかつ信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】カスケード熱交換器２２を備えた冷凍サイクル装置において、高温側冷媒と熱交換する熱媒体の温度が、高温側圧縮機３１の温度より所定値以上高い場合、前記カスケード熱交換器２２が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、前記低温側圧縮機２１および前記高温側圧縮機３１を起動して運転させた後に、前記カスケード熱交換器２２が前記低温側冷媒の凝縮器かつ前記高温側冷媒の蒸発器として機能する運転に切り替えることにより、高温側圧縮機３１の吐出圧力上昇を抑制しながら圧縮機シェル温度を上昇させて、シェル内部での冷媒凝縮を抑制することができるので、圧縮機停止時の待機電力消費を抑制しながら圧縮機の損傷を防止することが可能となり、省エネルギー性と信頼性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温側冷媒回路と高温側冷媒回路とがカスケード熱交換器を介して接続される二元冷凍サイクルを備えた、冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、この種の冷凍サイクル装置および温水生成装置は、高温の温風または温水を生成することを目的のひとつとして、二元冷凍サイクルが利用されている（例えば、特許文献１を参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来の冷凍サイクル装置を示すものである。

図５に示すように、冷凍サイクル装置１００は、低温側冷媒を循環させる低温側冷媒回路１１０と、高温側冷媒を循環させる高温側冷媒回路１２０と、温水を循環させる温水回路１３０とを備えている。低温側冷媒回路１１０は、低温側圧縮機１１１、低温側四方弁１１２、高温側冷媒と熱交換し凝縮器として機能するカスケード熱交換器１１３、低温側膨張弁１１４および蒸発器１１５が配管により環状に接続されて構成されている。

また、高温側冷媒回路１２０は、高温側圧縮機１２１、高温側四方弁１２２、温水と熱交換し凝縮器として機能する高温側熱交換器１２３、高温側膨張弁１２４、および低温側冷媒と熱交換し蒸発器として機能するカスケード熱交換器１１３が、配管により環状に接続されて構成されている。

一方、温水回路１３０は、循環ポンプ１３１、高温側冷媒と熱交換し温水を生成する高温側熱交換器１２３、および、例えば貯湯タンクやファンコンベクターのような放熱器１３２が配管により環状に接続されて構成されている。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１１１から吐出される冷媒の圧力（圧縮機吐出圧力）Ｐｄを検出する圧力センサ１５１と、低温側圧縮機１１１および高温側圧縮機１２１が停止した状態から起動する場合に、まず低温側圧縮機１１１を起動し、圧力センサ１５１で検出された吐出圧力Ｐｄが所定の圧力以上となった後に、高温側圧縮機１２１を起動するように圧縮機を制御する、圧縮機制御部１４１とから構成されている。

特開２０１０−１９６９５１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、長時間の運転停止状態の後、貯湯タンク等での蓄熱により高温側冷媒で加熱される温水の温度が高い状態において、高圧シェル型の圧縮機を起動する場合は、高温側熱交換器における凝縮温度が高く、かつ、低温側圧縮機の先行運転によりカスケード熱交換器における蒸発温度が高い状態であるため、高温側圧縮機の起動とともに高温側の吐出圧力が急激に上昇する。

一方、高温側圧縮機のシェル温度は、長時間の停止により温度低下した状態から徐々に温度上昇する。その為、高温側圧縮機のシェル内部で吐出冷媒が凝縮して液冷媒となり、圧縮機シェル内部のオイルと混合された状態で圧縮機からシステム内に多量に吐出される
。

その結果、圧縮機のオイル量不足が発生し、最悪の場合、圧縮機が損傷する可能性があり、機器の信頼性が確保できないという課題を有していた。

また、圧縮機シェル内部での冷媒凝縮による起動時のオイル吐出を防止するために、停止中の圧縮機シェルをヒーターで加熱して、圧縮機シェル温度を予め高く維持する場合は、非常に大きな待機電力を消費することとなり、省エネルギー性が欠如するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機を適切に起動することで、圧縮機のオイル量不足を防止し、省エネルギーでかつ信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、低温側冷媒を圧縮する低温側圧縮機、前記低温側冷媒の流路方向を切り替える低温側四方弁、前記低温側冷媒の凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器、低温側膨張手段、前記低温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器、を有する低温側冷媒回路と、高温側冷媒を圧縮する高温側圧縮機、前記高温側冷媒の流路方向を切り替える高温側四方弁、前記高温側冷媒の放熱器または蒸発器として機能する高温側熱交換器、高温側膨張手段、前記高温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する前記カスケード熱交換器、を有する高温側冷媒回路と、前記高温側圧縮機の温度を検出する第１温度センサと、前記高温側熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換される熱媒体の温度を検出する第２温度センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第２温度センサで検出される温度が前記第１温度センサで検出される温度より所定値以上高い場合、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機を起動して運転させた後に、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の凝縮器かつ前記高温側冷媒の蒸発器として機能する運転に切り替えることを特徴とするものである。

これによって、カスケード熱交換器が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、低温側圧縮機および高温側圧縮機を起動して運転した場合には、高温側冷凍サイクルの吐出冷媒が、低温側冷凍サイクルの低圧低温冷媒と熱交換して凝縮されるので、高温側冷凍サイクルの急激な吐出圧力上昇が抑制される。

したがって、その後に行われる、カスケード熱交換器が低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する運転開始時には、高温側圧縮機のシェル温度と高温側熱交換器の熱媒体温度との温度差が小さくなり、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制されることで、凝縮冷媒と混合してサイクル中へと流出するオイル量を低減することができる。

本発明によれば、圧縮機を適切に起動することで、圧縮機のオイル量不足を防止し、省エネルギーでかつ信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成図 従来の冷凍サイクル装置の運転開始時の冷凍サイクルの経時変化を示すグラフ 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の運転時の冷凍サイクルの経時変化を示すグラフ 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の運転制御のフローチャート 従来の冷凍サイクル装置の概略構成図

第１の発明は、低温側冷媒を圧縮する低温側圧縮機、前記低温側冷媒の流路方向を切り替える低温側四方弁、前記低温側冷媒の凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器、低温側膨張手段、前記低温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器、を有する低温側冷媒回路と、高温側冷媒を圧縮する高温側圧縮機、前記高温側冷媒の流路方向を切り替える高温側四方弁、前記高温側冷媒の放熱器または蒸発器として機能する高温側熱交換器、高温側膨張手段、前記高温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する前記カスケード熱交換器、を有する高温側冷媒回路と、前記高温側圧縮機の温度を検出する第１温度センサと、前記高温側熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換される熱媒体の温度を検出する第２温度センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第２温度センサで検出される温度が前記第１温度センサで検出される温度より所定値以上高い場合、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機を起動して運転させた後に、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の凝縮器かつ前記高温側冷媒の蒸発器として機能する運転に切り替えることを特徴とする、冷凍サイクル装置である。

これにより、カスケード熱交換器が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、低温側圧縮機および高温側圧縮機を起動して運転した場合には、高温側冷凍サイクルの吐出冷媒が、高温側熱交換器における熱媒体（例えば水媒体）より十分低温となる低温側冷凍サイクルの低圧低温冷媒と熱交換して凝縮されるので、高温側冷凍サイクルの吐出圧力上昇が抑制される。

よって、高温側圧縮機のシェル温度は短時間で吐出圧力飽和温度以上となるので、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮によるオイル吐出を抑制しながら、圧縮機シェル温度を十分に上昇させることができる。

したがって、その後に行われるカスケード熱交換器を低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する運転時には、高温側圧縮機のシェル温度と高温側熱交換器の熱媒体温度との温度差が小さくなり、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制されることで、凝縮冷媒と混合してサイクル中へと流出するオイル量が低減される。

その結果、圧縮機内のオイル量低下による圧縮機の損傷を防止することが可能となり、停止圧縮機のシェルをヒーターなどで加温する待機電力消費を抑制しながら、機器の信頼性を向上することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記第２温度センサで検出される温度と前記第１温度センサで検出される温度との温度差が、所定の温度差未満となった時に、前記運転を切り替えることを特徴とするものである。

これにより、高温側圧縮機のシェル温度が、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が発生しない温度まで上昇したことを判断したうえで、運転切り替えを行うことができるので、高温側圧縮機からのオイル吐出量をより確実に低減することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記高温側冷媒回路は、前記高温側圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記圧力検出手段で検出される圧力が、所定の圧力となるように運転することを特徴とするものである。

これにより、カスケード熱交換器における高温側冷凍サイクルの凝縮温度が安定状態となるので、高温側冷媒から吸熱する低温側冷凍サイクルの吸入圧力が安定状態となり、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転圧力の過剰な上昇や低下が抑制される。

したがって、上記第１または第２の発明の効果に加え、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転圧力が、圧縮機の圧力使用範囲を逸脱することを防止するので、圧縮機の信頼性をより向上させることができる。また、配管長が長い場合などの多様な設置条件においても信頼性を向上させることができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明の冷凍サイクル装置を備える温水生成装置において、前記熱媒体は、水、または、不凍液であり、前記高温側熱交換器により加温された前記熱媒体を、給湯と暖房の少なくとも一方に利用することを特徴とするものである。

これにより、放熱器は、水−空気熱交換器や不凍液−水熱交換器など、種類を限定する必要がない。

したがって、高温側熱交換器により加温された熱媒体を、暖房機器（温風機、ラジエータ、床暖房パネル等）や給湯機器などに幅広く使用することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置および温水生成装置の概略構成図を示すものである。図１において、冷凍サイクル装置１Ａは、低温側冷媒を循環させる低温側冷媒回路２と、高温側冷媒を循環させる高温側冷媒回路３とを備えている。

ここで、冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＲ１３４ａ等の単一冷媒等を用いることができる。

低温側冷媒回路２は、高圧シェル型の低温側圧縮機２１、低温側四方弁２５、高温側冷媒と熱交換して凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器２２、低温側膨張弁（低温側膨張手段）２３および蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器２４が配管により環状に接続されて構成されている。

高温側冷媒回路３は、高圧シェル型の高温側圧縮機３１、高温側四方弁３５、凝縮器または蒸発器として機能する高温側熱交換器３２、高温側膨張弁（高温側膨張手段）３３および低温側冷媒と熱交換して蒸発器または凝縮器として機能するカスケード熱交換器２２が配管により環状に接続されて構成されている。

本実施の形態では、冷凍サイクル装置１Ａが、加熱手段により生成した温水を給湯や暖房に利用する温水生成装置の加熱手段を構成しており、高温側熱交換器３２が、高温側冷媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する熱交換器となっている。

具体的には、高温側熱交換器３２と、水ポンプ７１と、例えば貯湯タンクやファンコンベクター等の放熱器７２とが配管により環状に接続されている温水回路７が備えられており、高温側熱交換器３２で加熱された温水が放熱器７２で放熱され、蓄熱や暖房が行われる。

カスケード熱交換器２２を低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として使用する通常運転では、低温側冷媒回路２は、低温側圧縮機２１から吐出された冷媒が低温側四方弁２５を介してカスケード熱交換器２２に送られ、高温側冷媒回路３は、高温側圧縮機３１から吐出された冷媒が高温側四方弁３５を介して高温側熱交換器３２に送られる。

一方、デフロスト運転では、低温側冷媒回路２は、低温側圧縮機２１から吐出された冷媒が低温側四方弁２５を介して低温側熱交換器２４に送られ、高温側冷媒回路３は、高温側圧縮機３１から吐出された冷媒が、高温側四方弁３５を介してカスケード熱交換器２２に送られる。図１では、通常運転時の冷媒の流れ方向を矢印で示している。

以下、通常運転における冷媒の状態変化を説明する。

低温側冷媒回路２において、低温側圧縮機２１から吐出された高圧の低温側冷媒は、カスケード熱交換器２２に流入し、高温側冷媒回路３を循環する冷凍サイクルにおける、低圧の高温側冷媒と熱交換して放熱する。カスケード熱交換器２２から流出した高圧の低温側冷媒は、低温側膨張弁２３によって減圧されて膨張した後に、低温側熱交換器２４に流入する。低温側熱交換器２４に流入した低圧の低温側冷媒は、ここで空気から吸熱し蒸発する。低温側熱交換器２４において蒸発した低圧の低温側冷媒は、再度、低温側圧縮機２１に吸入される。

一方、高温側冷媒回路３においては、カスケード熱交換器２２における低温側冷媒の放熱によって、高温側冷媒回路３を循環する冷凍サイクルにおける、低圧の高温側冷媒が加熱されて蒸発する。カスケード熱交換器２２において蒸発した低圧の高温側冷媒は、高温側圧縮機３１に吸入し、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出される。

高温側圧縮機３１から吐出された高圧の高温側冷媒は、高温側熱交換器３２に流入し、循環ポンプ７１によって温水回路７を循環する水媒体と熱交換して放熱する。高温側熱交換器３２から流出した高圧の高温側冷媒は、高温側膨張弁３３によって減圧されて膨張した後に、再び、カスケード熱交換器２２に流入する。

本実施の形態の冷凍サイクル装置１Ａの構成は、上述のように、高温側冷媒回路３を循環する低圧の高温側冷媒が、低温側冷媒回路２を循環する高圧の低温側冷媒の放熱によって加熱されるようになっているので、高温側冷媒回路３における冷凍サイクルの凝縮温度は、低温側冷媒回路２における冷凍サイクルの凝縮温度よりも高温にすることができる。

したがって、高温側熱交換器３２における高温側冷媒の放熱によって、高温の水媒体を得ることができるようになっている。

しかしながら、水媒体温度が高温側圧縮機３１のシェル温度より高く、温度差が大きい状態（例えば、冷凍サイクル装置１Ａにより、水媒体が高温状態となる加熱運転が実施され、サーモオフなどにより停止された後、高温側圧縮機３１のシェル温度が周囲温度付近まで低下した状態）で、加熱運転が開始された場合、高温側圧縮機３１内のオイルが多量に吐出されて、圧縮機内部の給油不良により、圧縮機が損傷するといった問題もある。

これは、上述した環境条件において、加熱運転開始により低温側圧縮機２１と高温側圧縮機３１を運転すると、高温側熱交換器３２において、放熱する水媒体の温度が高温であることと、カスケード熱交換器２２において、低温側冷媒回路２を循環する高圧の低温側冷媒により十分に吸熱源が供給されていることにより、高温側圧縮機３１の吐出圧力が急激に上昇するためである。

つまり、高温側圧縮機３１のシェル温度は、運転により加熱されていくが、圧縮機自体の熱容量により、周囲温度付近から徐々に温度上昇していく。そのため、図２中ａ−ｂ区間のように、高温側圧縮機３１のシェル温度が、吐出圧力の飽和温度を下回る状態となり、高温側圧縮機３１の内部において、吐出された高温側冷媒が、高温側圧縮機３１のシェルと熱交換することによって凝縮される。

そして、凝縮により液冷媒となった高温側冷媒は、高温側圧縮機３１内のオイルと混合し、シェル内部のオイルを希釈しながら、液面（オイル＋液冷媒）の上昇によって圧縮機から多量に吐出される。その後、図２中ｂ以降のように、高温側圧縮機３１のシェル温度が、吐出圧力飽和温度より高くなると、希釈されたオイル中の冷媒成分が蒸発するために、液面は一気に低下し、給油可能な液面高さを下回ることとなる。

また、上述した環境条件において、高温側圧縮機３１内のオイルが多量に吐出されることを防止するために、ヒーター等の加熱源を用いて、停止中の圧縮機シェルを加熱する場合は、待機電力が大きくなり、省エネルギー性を損なうことになる。

よって、高温の水媒体を生成し、幅広い用途や環境条件で活用し、省エネルギー性と機器の信頼性を確保するためには、この起動時のオイル吐出を抑制することが重要である。

本実施の形態では、詳しくは後述するが、制御装置４は、水媒体の温度が高温側圧縮機３１のシェル温度より、所定の温度差以上高い状態において、加熱運転を開始する場合に、まず、予備運転として、カスケード熱交換器２２が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態になるように、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５の流路を設定し、低温側圧縮機２１および高温側圧縮機３１を起動させた後、高温側冷凍サイクルの吐出圧力が所定の圧力となるように低温側圧縮機２１の回転数を調整し、運転させる。

そして、水媒体の温度と高温側圧縮機３１のシェル温度との温度差が、所定の温度差未満になると、予備運転を終了し、カスケード熱交換器２２が低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する状態になるように、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５の流路を設定し、通常運転に切り替えて運転させる。

これにより、図３中ａ−ｂ区間のように、予備運転時は、高温側冷凍サイクルの吐出冷媒が、高温側熱交換器３２における水媒体温度より十分低温である低温側冷凍サイクルの低圧低温冷媒と熱交換して凝縮されるので、高温側冷凍サイクルの吐出圧力上昇が抑制される。

よって、高温側圧縮機３１のシェル温度は短時間で吐出圧力飽和温度以上となるので、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮によるオイル吐出を抑制した状態で、圧縮機シェル温度を十分に上昇させておくことができる。

したがって、通常運転開始時は、図３中ｃのように、高温側熱交換器３２の水媒体温度と高温側圧縮機３１のシェル温度との温度差が小さくなり、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制されることで、凝縮冷媒と混合してサイクル中へ流出するオイル量が低減さ
れる。

また、予備運転中は、カスケード熱交換器２２における高温側冷凍サイクルの凝縮温度が安定状態となるので、高温側冷媒から吸熱する低温側冷凍サイクルの吸入圧力が安定状態となり、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転時の圧力の過剰な上昇や低下が抑制される。

さらに、２つの温度センサの測定値から、高温側圧縮機３１のシェル温度が、通常運転開始時に圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が発生しない温度まで上昇したことが判断できるので、必要最小限の予備運転で、通常運転開始時のオイル吐出量が確実に低減される。

したがって、圧縮機シェルの加熱用ヒーターなどを使用することなく、起動時の圧縮機内のオイル量が保持されるので、冷凍サイクル装置１Ａの省エネルギー性と信頼性を向上させることができる。

以下、運転制御の動作について説明する。高温側冷媒回路３には、高温側圧縮機３１のシェル温度（シェル温度）Ｔｄを検出する第１温度センサ５１と、高温側圧縮機３１から吐出される冷媒の圧力（高温側吐出圧力）Ｐｄを検出する圧力センサ６１とが設けられている。一方、温水回路７には、高温側熱交換器３２に流入する水媒体の温度（温水温度）Ｔｗを検出する第２温度センサ５２が設けられている。

制御装置４は、第１温度センサ５１、第２温度センサ５２および圧力センサ６１の各種のセンサで検出される検出値等に基づいて、低温側圧縮機２１および高温側圧縮機３１の回転数、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５の切り換え、ならびに低温側膨張弁２３および高温側膨張弁３３の開度を動作させる。

本実施の形態では、制御装置４は、温水温度Ｔｗがシェル温度Ｔｄより、所定の温度差ΔＴｘ以上高い場合に、カスケード熱交換器２２が低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態（冷却回路）になるように、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５の流路を設定し、低温側圧縮機２１および高温側圧縮機３１を起動させ、予備運転を開始する。

また、制御装置４は、予備運転中に高温側吐出圧力Ｐｄが、所定の圧力Ｐｄｔとなるように低温側圧縮機２１の回転数を調整し、運転させる。

また、制御装置４は、温水温度Ｔｗとシェル温度Ｔｄの温度差ΔＴａが、所定の温度Ｔｄｔ未満となった後に、予備運転を終了し、カスケード熱交換器２２が低温側冷媒の凝縮器かつ高温側冷媒の蒸発器として機能する状態（加熱回路）になるように、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５の流路を設定し、通常運転に切り替えて運転させる。

次に、制御装置４の運転開始時における起動制御を図４に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置４は、リモコン等により入力される暖房運転開始指示を受信し（ステップＳ１）、温水ポンプ７１を運転する（ステップＳ２）。次に、第２温度センサ５２で温水温度Ｔｗを検出するとともに、第１温度センサ５１でシェル温度Ｔｄを検出して（ステップＳ３）、温水温度Ｔｗとシェル温度Ｔｄとの温度差ΔＴａを、ΔＴａ＝Ｔｗ−Ｔｄにより算出する（ステップＳ４）。

ついで、制御装置４は、温度差ΔＴａと所定の温度差ΔＴｘを比較し、ΔＴａがΔＴｘ以上か否かを判断する（ステップＳ５）。温度差ΔＴａが所定の温度差ΔＴｘ未満の場合には（ステップＳ５でＮＯ）、高温側圧縮機３１のシェル内部において、高温側の吐出冷媒が凝縮されにくいと判断し、本起動制御を終了する。すなわち、予備運転を行うことなく、通常運転へと移行する。

一方、温度差ΔＴａが所定の温度差ΔＴｘ以上の場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、高温側圧縮機３１のシェル内部において、高温側の吐出冷媒が凝縮されやすいと判断し、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５を冷却回路側に設定し（ステップＳ６）、低温側圧縮機２１および高温側圧縮機３１を起動させ、予備運転を開始する（ステップＳ７）。

その後、制御装置４は、圧力センサ６１で高温側吐出圧力Ｐｄを検出し（ステップＳ８）、高温側吐出圧力Ｐｄが所定の圧力Ｐｄｔと等しくなるように低温側圧縮機２１の回転数を調整する（ステップＳ９）。

次に、制御装置４は、第１温度センサ５１でシェル温度Ｔｄを、第２温度センサ５２で温水温度Ｔｗを再度検出して（ステップＳ１０）、温水温度Ｔｗとシェル温度Ｔｄとの温度差ΔＴａを、ステップＳ４と同様に算出する（ステップＳ１１）。

ついで、制御装置４は、温度差ΔＴａと所定の温度差ΔＴｘを比較し、ΔＴａがΔＴｘ未満か否かを判断する（ステップＳ１２）。温度差ΔＴａが所定の温度差ΔＴｘ以上の場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、通常運転に移行すると、高温側圧縮機３１シェル内部での冷媒凝縮が発生する可能性があると判断し、ステップＳ８に戻り、予備運転を継続する。

一方、温度差ΔＴａが所定の温度差ΔＴｘ未満の場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、通常運転に移行しても、高温側圧縮機３１シェル内部での冷媒凝縮が発生しないと判断し、予備運転を終了する。そして、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５を加熱回路側に設定し（ステップＳ１３）、本起動制御を終了する。

以上のように、本実施の形態の冷凍サイクル装置および温水生成装置は、制御装置４、高温側冷媒回路３において、シェル温度Ｔｄを検出する第１温度センサ５１と、高温側吐出圧力Ｐｄを検出する圧力センサ６１とを備え、温水回路７において、温水温度Ｔｗを検出する第２温度センサ５２を備えた構成であり、制御装置４は、第２温度センサ５２で検出される温度が第１温度センサ５１で検出される温度より、所定値以上高くなる運転開始時に、冷却回路側になるように低温側四方弁２５および高温側四方弁３５の流路を設定し、低温側圧縮機２１および高温側圧縮機３１を起動させ、予備運転を行う。

これによって、予備運転時に圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮によるオイル吐出を抑制した状態で、シェル温度Ｔｄを十分に上昇させておくことができるので、通常運転開始時における圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が抑制され、サイクル中へ流出するオイル量が低減される。

したがって、圧縮機内のオイル量低下による圧縮機の損傷を防止することが可能となり、停止圧縮機のシェルをヒーターで加温する待機電力消費を抑制しながら、機器の信頼性が確保できる。

また、制御装置４は、予備運転中は、圧力センサ６１で検出される高温側吐出圧力Ｐｄが、所定の圧力Ｐｄｔとなるように低温側圧縮機２１の回転数を調整し、制御する。

これによって、カスケード熱交換器２２における高温側冷凍サイクルの凝縮温度が安定状態となるので、高温側冷媒から吸熱する低温側冷凍サイクルの吸入圧力が安定状態となり、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転時の圧力の過剰な上昇や低下が抑制される。

したがって、高温側および低温側の冷凍サイクルにおける運転時の圧力が、圧縮機の圧力使用範囲を逸脱することを防止するので、圧縮機の信頼性がさらに向上する。また、配管長が長い場合などの多様な設置条件においても信頼性が確保できる。

また、制御装置４は、第２温度センサ５２で検出される温水温度Ｔｗと第１温度センサで検出されるシェル温度Ｔｄとの温度差ΔＴａが、所定の温度差ΔＴｘ未満となった後に、予備運転を終了し、加熱回路側になるように、低温側四方弁２５および高温側四方弁３５の流路を設定し、通常運転に切り替えて運転させる。

これによって、シェル温度Ｔｄが、通常運転開始時に圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮が発生しない温度まで上昇したことが判断できるので、必要最小限の予備運転で、通常運転開始時のオイル吐出量が確実に低減される。

したがって、通常運転の立ち上げ時間が短縮できて、快適性が向上する。

なお、図１では、第１温度センサ５１が高温側圧縮機３１のシェルに設けられているが、第１温度センサ５１は、高温側圧縮機３１と高温側四方弁３５の間の吐出冷媒が流れる配管上であればどの位置に設けられていてもよい。

また、図１では、第２温度センサが温水回路７における高温側熱交換器３２の入り口側に設けられているが、第２温度センサは、温水回路７のどの位置に設けられていてもよい。

さらに、本発明の実施の形態では、高温側冷媒回路３における冷凍サイクルによって、水媒体が加熱されるが、加熱される媒体は、ブラインであってもよいし、放熱器７２は、ラジエータやファンコンベクター、床暖房パネル、貯湯タンクであってもよい。

本発明は、圧縮機を適切に起動することで、圧縮機シェル内部での吐出冷媒凝縮を抑制して、圧縮機停止時の待機電力消費を抑制しながら、機器の信頼性を向上することができるので、温水生成、給湯、空調調和などの用途に用いられる冷凍サイクル装置として適用することができる。

１Ａ 冷凍サイクル装置
２ 低温側冷媒回路
３ 高温側冷媒回路
４ 制御装置
２１ 低温側圧縮機
２２ カスケード熱交換器
２３ 低温側膨張弁（低温側膨張手段）
２４ 低温側熱交換器
２５ 低温側四方弁
３１ 高温側圧縮機
３２ 高温側熱交換器
３３ 高温側膨張弁（高温側膨張手段）
３５ 高温側四方弁
５１ 第１温度センサ
５２ 第２温度センサ
６１ 圧力センサ

Claims (4)

1. 低温側冷媒を圧縮する低温側圧縮機、前記低温側冷媒の流路方向を切り替える低温側四方弁、前記低温側冷媒の凝縮器または蒸発器として機能するカスケード熱交換器、低温側膨張手段、前記低温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する低温側熱交換器、を有する低温側冷媒回路と、
   高温側冷媒を圧縮する高温側圧縮機、前記高温側冷媒の流路方向を切り替える高温側四方弁、前記高温側冷媒の放熱器または蒸発器として機能する高温側熱交換器、高温側膨張手段、前記高温側冷媒の蒸発器または凝縮器として機能する前記カスケード熱交換器、を有する高温側冷媒回路と、
   前記高温側圧縮機の温度を検出する第１温度センサと、前記高温側熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換される熱媒体の温度を検出する第２温度センサと、制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第２温度センサで検出される温度が前記第１温度センサで検出される温度より所定値以上高い場合、
   前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態で、前記低温側圧縮機および前記高温側圧縮機を起動して運転させた後に、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の凝縮器かつ前記高温側冷媒の蒸発器として機能する運転に切り替えることを特徴とする、冷凍サイクル装置。
2. 前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記第２温度センサで検出される温度と前記第１温度センサで検出される温度との温度差が、所定の温度差未満となった時に、前記運転を切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記高温側冷媒回路は、前記高温側圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記カスケード熱交換器が前記低温側冷媒の蒸発器かつ高温側冷媒の凝縮器として機能する状態の運転において、前記圧力検出手段で検出される圧力が、所定の圧力となるように運転することを特徴とする、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記熱媒体は、水、または、不凍液であり、前記高温側熱交換器により加温された前記熱媒体を、給湯と暖房の少なくとも一方に利用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置を備える、温水生成装置。

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